辐射带扩散过程的三维层方法模拟

发布时间：2020-12-09 18:09

　　地球电子外辐射带的变化非常剧烈和复杂,尤其是地磁暴期间。外辐射带中的高能粒子可能会对卫星的正常运行造成严重危害,同时,辐射带也是太阳活动与全球气候变化的一个重要纽带,所以针对辐射带电子动态变化的研究一直是空间物理领域的一个热门方向。本论文关注辐射带电子动力学过程的三维模型的构建,并将其运用于一个具体事件,定量分析了各类物理机制在这一事件中的相对作用。使用最新发表的layermethod方法,我们将其推广到三维,并开发了一个三维的扩散程序以模拟辐射带电子动力学过程。这一程序可以保证即使在混合扩散项存在的情况下求解结果依然不会出现负值。与大多数已经开发出的程序不同,我们的三维程序可以直接在赤道投掷角(α0)、动量(p)、磁壳数(L shell)上进行求解,而不需要在(α0,p)坐标系和绝热不变量坐标系之间进行来回插值转换。直接使用(α0,p,L)坐标系也可以方便模拟结果与卫星数据的比较。我们使用不同的数值测试验证了程序的正确性。我们将三维layer method程序用于模拟2013年3月17号地磁暴事件中的电子通量快速增长现象,这也是一个GEM Focus Group列出的挑战事件。在模拟... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 地球磁层和范艾伦辐射带
        1.1.1 地球磁层
        1.1.2 范艾伦辐射带
    1.2 电子辐射带的暴时响应
    1.3 暴时电子辐射带中的重要物理过程
        1.3.1 超低频波和径向扩散过程
        1.3.2 局地波粒相互作用
    1.4 研究辐射带暴时响应的基本理论
        1.4.1 单粒子轨道运动
        1.4.2 等离子体动理论
    1.5 相关研究的研究现状
        1.5.1 Salammbo程序
        1.5.2 VERB（Versatile Electron Radiation Belt）程序
        1.5.3 STEERB （Storm-Time Evolution of Electron Radiation Belt）程序
        1.5.4 UCLA 3D扩散程序
    1.6 本文研究内容
    1.7 论文结构安排
第2章 采用了单调保正插值方法的layer method方法的构建
    2.1 Milstein-Tretyakov layer method方法简介:以一维情况为例
    2.2 保证单调性且保正的cubic插值方法
        2.2.1 一个简单的保证单调性限制算法
        2.2.2 三阶精度的单调性限制算法
        2.2.3 保正和保证单调性的cubic插值方法
0,p,L）坐标系下的LM-MC方法">第3章 在（α₀,p,L）坐标系下的LM-MC方法
    3.1 推广至d维空间中的layer method方法
0,p,L）坐标系下模拟三维扩散过程">    3.2 使用layer method在（α₀,p,L）坐标系下模拟三维扩散过程
第4章 三维LM-MC的验证
    4.1 一维径向扩散问题的验证
    4.2 二维投掷角和能量扩散问题的验证
    4.3 三维常系数扩散方程的验证
第5章 2013年3月17号磁暴事件的辐射带电子通量增强事件模拟
    5.1 2013年3月17号地磁暴事件的简要回顾
    5.2 模型输入
    5.3 模拟结果
第6章 结论
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果



本文编号：2907271